JP2001316779A - 電動パワーステアリングモータコア用材料 - Google Patents

電動パワーステアリングモータコア用材料

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JP2001316779A
JP2001316779A JP2000135861A JP2000135861A JP2001316779A JP 2001316779 A JP2001316779 A JP 2001316779A JP 2000135861 A JP2000135861 A JP 2000135861A JP 2000135861 A JP2000135861 A JP 2000135861A JP 2001316779 A JP2001316779 A JP 2001316779A
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Yoshihiko Oda
善彦 尾田
Yasushi Tanaka
靖 田中
Takashi Sagawa
孝 寒川
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JFE Engineering Corp
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Nippon Kokan Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 コア打ち抜き時の加工歪の影響を受けずに、
ロストルクが小さく、電動パワーステアリングモータコ
ア用材料として好適な鋼板を提供する。 【解決手段】 mass%で、Si:4.0%以下、Al:2.0%以
下、S:0.005%以下、Mn:0.05〜1.5%、P:0.2%以
下、N:0.005%以下、またはさらに、 Ti:0.005%以
下、Nb:0.001%以下を含み、残部実質的にFeからな
り、平均結晶粒径が150μm以上の電動パワーステアリン
グモータコア用鋼板。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、自動車のパワース
テアリングシステムにおける、電動パワーステアリング
モータコア用材料に関するものである。
【0002】
【従来の技術】自動車のパワーステアリングシステム
は、自動車の消費エネルギーの3〜5%を占め、エアコン
と並んでエネルギー消費の多い装置である。従来のパワ
ーステアリングシステムは油圧により操舵を補助してい
たが、本システムでは油圧ポンプが常にエンジンにより
駆動されているため、直進走行時にもエネルギーが消費
されるという問題があった。この無駄を解消するため、
モータにより操舵を補助する電動パワーステアリング
(以下、EPSと略す)システムが開発されている。EPSシ
ステムではコーナリング時等の操舵補助が必要なときの
みモータに電流を流しパワーをアシストするため、油圧
システムに比べ燃費が2〜3%程度向上する。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】ところで、このような
EPSシステムにおいては、小型、高トルクの観点から永
久磁石を使用するPMモータが使用されている。しかし、
PMモータでは操舵後、比較的大きなロストルクが生じる
ことから、旋回後直進状態になるまでに時間遅れが発生
する。このため操舵感が油圧方式に比べ劣るという問題
があった。
【0004】また、EPSモータでは、高トルク化の観点
からリブ幅が3mm程度となっているため、コア打ち抜き
時の加工歪の影響を受け易い。
【0005】本発明はこのような問題点を解決するため
になされたもので、コア打ち抜き時の加工歪の影響を受
けずに、ロストルクが小さく、電動パワーステアリング
モータコア用材料として好適な鋼板を提供することを目
的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明者らがEPSモータ
コア材として好適な材料、すなわちロストルクが小さい
コア材料について検討した結果、EPSモータのロストル
クは機械損とコア材料のヒステリシス損に起因すること
を見いだした。さらにEPSモータコア材としてリブ幅が3
mm程度でヒステリシス損の低い材料について検討を進め
た結果、無方向性珪素鋼板が最適であり、特に平均結晶
粒径を150μm以上とした鋼板を用いることによりリブ幅
が3mm程度で良好なヒステリシス特性を有する材料が得
られることを見いだした。
【0007】本発明はかかる知見に基づきなされたもの
で、以下のような構成を有する。 [1]mass%で、Si:4.0%以下、Al:2.0%以下、S:0.00
5%以下、Mn:0.05〜1.5%、P:0.2%以下、N:0.005%
以下を含み、 残部実質的にFeからなり、平均結晶粒径
が150μm以上の電動パワーステアリングモータコア用鋼
板。
【0008】[2]mass%で、Si:4.0%以下、Al:2.0%
以下、S:0.005%以下、Mn:0.05〜1.5%、P:0.2%以
下、N:0.005%以下、 Ti:0.005%以下、Nb:0.001%
以下を含み、残部実質的にFeからなり、平均結晶粒径が
150μm以上の電動パワーステアリングモータコア用鋼
板。
【0009】[3]mass%で、C:0.0025%以下、Si:4.0
%以下、Al:2.0%以下、S:0.005%以下、Mn:0.05〜
1.5%、P:0.2%以下、N:0.005%以下、またはさらにT
i:0.005%以下、Nb:0.001%以下を含み、 残部実質的
にFeからなり、平均結晶粒径が150μm以上の電動パワー
ステアリングモータコア用鋼板。
【0010】なお、これらの手段において、「残部実質
的にFe」とは、本発明の作用効果を無くさない限り、不
可避不純物をはじめ、他の微量元素を含有するものが本
発明の範囲に含まれ得ることを意味する。また、本明細
書において、鋼の成分を示す%はすべてmass%であり、
ppmもmass ppmである。
【0011】
【発明の実施の形態】以下、本発明の詳細をその限定理
由とともに説明する。最初に、ヒステリシス損に及ぼす
平均結晶粒径の影響を調査するため、C:0.0020%、S
i:2.45%、Mn:0.25%、P:0.005%、Al=0.70%、S:
0.002%、N=0.0021%とした鋼を実験室にて溶解し、熱
間圧延後、酸洗を行った。引き続きこの熱間圧延板に75
%H2-25%N2雰囲気で830℃×3hrの熱延板焼鈍を施し、
さらに、板厚0.50mmまで冷間圧延し、10%H2-90%N2
囲気で750℃〜1150℃×2minの仕上焼鈍を行った。図1
に、このようにして得られたサンプルの平均結晶粒径と
1.5Tまで磁化した場合の周波数1Hz当たりのヒステリシ
ス損の関係を示す。ここでサンプルはEPSモータのリブ
幅に相当する幅3mm、および一般のエプスタインサンプ
ルの幅に相当する幅30mmの単板サンプルを打ち抜きによ
りクリアランスを8%とし作製した。また、磁気特性の
測定は25cmエプスタイン法にて行い、ヒステリシス損は
50、60Hzの鉄損より2周波法にて計算した。
【0012】図1より、ヒステリシス損の平均結晶粒径
依存性はサンプル幅により大きく異なることがわかる。
すなわち、従来の評価方法である幅30mmのサンプルにお
いては、ヒステリシス損は緩やかに低下し、平均結晶粒
径120μm以上ではヒステリシス損の低下はほとんど認め
られない。
【0013】これに対し、幅3mmのサンプルでは、平均
結晶粒径150μm以上でヒステリシス損が大幅に低下する
ことがわかる。
【0014】この原因に関しては、明確でないが、幅3m
mのサンプルでは平均結晶粒径150μm以上では延性脆性
の遷移温度が低下しているため、打ち抜き時にサンプル
が脆性的に打ち抜かれ、サンプルに導入される歪量が低
下したものと考えられる。これは幅30mmのサンプルでも
同様であるが、幅が広いためこの効果が顕著に現れてい
ないものと考えられる。
【0015】このように、サンプルの幅が狭い場合にお
ける磁気特性については、汎用誘導モータコア用材料等
ではティース幅が広いすなわちサンプルの幅が広いため
問題とならないが、EPSモータコア用材料ではリブ幅が
狭いため考慮する必要がある。
【0016】また、汎用誘導モータコア用材料等では、
ヒステリシス損以外に渦電流損も考慮する必要がある。
図2に、図1で得られた幅30mmのサンプルの平均結晶粒径
と1.5Tまで磁化した場合の周波数50Hzあたりの鉄損の
関係を示す。
【0017】図2より、幅30mmのサンプルでは鉄損すな
わち渦電流損を考慮した場合、結晶粒径の最適値が存在
することがわかる。このように、汎用誘導モータコア用
材料等においては、結晶粒径の最適値が存在することか
ら、結晶粒径をいたずらに大きくすることは好ましくな
い。
【0018】これに対し、EPSモータコア用材料ではロ
ストルク低減の観点からヒステリシス損が重要視される
ため、EPSモータコア用材料には汎用誘導モータコア用
材料と異なり粗大粒が求められる。すなわち、結晶粒径
は大きい方が好ましい。以上より、EPSモータコア用鋼
板の結晶粒径は150μm以上とする。
【0019】次に、成分の限定理由について説明する。
Siは鋼板の固有抵抗を上げるために有効な元素である
が、4.0%を超えると磁束密度が低下するため上限を4.0
%とした。
【0020】AlはSiと同様、固有抵抗を上げるために有
効な元素であるが、2.0%を超えると磁束密度が低下す
るため上限を2.0%とした。
【0021】Cは一般に集合組織を改善し、磁束密度を
向上させる元素であるため、極端に低減することは行わ
れていない。しかし、本発明ではヒステリシス損を極力
低減するため上限を0.0025%とするのが望ましく、より
望ましくは0.001%以下である。
【0022】Mnは熱間圧延時の赤熱脆性を防止するため
に、0.05%以上必要であるが、1.5%超えになると磁束
密度が低下するため0.05〜1.5%とした。
【0023】Pは鋼板の打ち抜き性を改善するために必
要な元素であるが、0.2%を超えて添加すると鋼板が脆
化するため0.2%以下とした。
【0024】Nは0.005%超えになるとヒステリシス損を
増大させるため0.005%以下とした。
【0025】また、結晶粒径が150μm以上とする本発明
の場合には、結晶粒界が磁壁移動をピンニングすること
によるヒステリシス損劣化は少なく、むしろ結晶粒内に
存在する析出物の磁壁ピンニングの影響が顕在化しヒス
テリシス損劣化に影響するため、析出物形成元素を極力
低減する必要がある。
【0026】Tiは0.005%超えになるとヒステリシス損
を増大させるため0.005%以下とするのが好ましく、よ
り好ましくは0.002%以下とする。
【0027】Nbは0.001%超えになるとヒステリシス損
を増大させるため0.001%以下とするのが好ましい。
【0028】次に本発明の電動パワーステアリングモー
タコア用鋼板の製造方法について説明する。
【0029】本発明においては、本発明で規定する成
分、結晶粒径が本発明の範囲内であれば、製造方法は通
常の方法でかまわない。すなわち、転炉で吹練した溶鋼
を脱ガス処理し所定の成分に調整し、引き続き鋳造、熱
間圧延を行う。熱間圧延時の仕上焼鈍温度、巻取り温度
は特に規定する必要はなく、通常でかまわない。また、
熱間圧延後の熱延板焼鈍は行っても良いが必須ではな
い。次いで一回の冷間圧延、もしくは中間焼鈍をはさん
だ2回以上の冷間圧延により所定の板厚とした後に、最
終(仕上)焼鈍を行う。
【0030】ここで、結晶粒径は、例えば、仕上焼鈍温
度を950℃〜1100℃程度として仕上焼鈍を行うことによ
り本発明で規定する範囲とすることができる。
【0031】
【実施例】転炉で吹練した溶鋼を脱ガス処理し、表1の
成分に鋳造後、1200℃×1hrのスラブ加熱を行った後、
板厚2.0mmまで熱間圧延を行った。熱間圧延仕上げ温度
は800℃、巻取り温度は700℃とし、75%H2-25%N2雰囲
気で830℃×3hrの熱延板焼鈍を施した。その後、板厚0.
50mmまで冷間圧延を行い、10%H2-90%N2雰囲気で表1の
条件において仕上焼鈍を行った。
【0032】磁気測定はクリアランス8%での打ち抜き
により作製した幅3mm(リブ幅3mmに相当)の単板試験片
を用いて、25cmエプスタイン法にて行い、ヒステリシス
損は、1.5Tまで磁化した場合の周波数1Hz当たりのヒス
テリシス損をエプスタイン試験にて得られた50、60Hzの
鉄損より2周波法にて計算して評価した。各鋼板の磁気
特性を表1に併せて示す。
【0033】
【表1】
【0034】これより、結晶粒径を本発明の150μm以上
に制御した本発明鋼において、仕上焼鈍後のヒステリシ
ス損の低く、磁束密度の高い鋼板が得られることがわか
る。
【0035】これに対し、No.1、No.2の比較鋼は結晶粒
径が本発明の範囲を外れているので、ヒステリシス損が
高くなっている。
【0036】また、No.14の比較鋼はSiの量が、No.15の
比較鋼はMnの量が、No.16の比較鋼はNの量が、No.17の
比較鋼はAlの量が、それぞれ本発明の範囲を外れている
ので、ヒステリシス損が高いかもしくは磁束密度が低く
なっている。
【0037】
【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、リ
ブ幅が3mm程度で良好なヒステリシス特性を有する鋼板
を得ることができる。さらに、本発明によれば、コア打
ち抜き時の加工歪の影響を受けずに、ロストルクが小さ
い、電動パワーステアリングモータコア用材料として好
適な鋼板を得ることができる。さらに、高磁束密度が得
られるので、モータ駆動時に高トルクが得られ操舵性に
も優れる。
【図面の簡単な説明】
【図1】結晶粒径と仕上焼鈍後のヒステリシス損との関
係を示すグラフ。
【図2】結晶粒径と仕上焼鈍後の鉄損との関係を示すグ
ラフ。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 寒川 孝 東京都千代田区丸の内一丁目1番2号 日 本鋼管株式会社内 Fターム(参考) 5E041 AA02 AA19 CA04 NN01 NN06

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 mass%で、Si:4.0%以下、Al:2.0%以
    下、S:0.005%以下、Mn:0.05〜1.5%、P:0.2%以
    下、N:0.005%以下を含み、 残部実質的にFeからな
    り、平均結晶粒径が150μm以上の電動パワーステアリン
    グモータコア用鋼板。
  2. 【請求項2】 mass%で、Si:4.0%以下、Al:2.0%以
    下、S:0.005%以下、Mn:0.05〜1.5%、P:0.2%以
    下、N:0.005%以下、 Ti:0.005%以下、Nb:0.001%
    以下を含み、残部実質的にFeからなり、平均結晶粒径が
    150μm以上の電動パワーステアリングモータコア用鋼
    板。
  3. 【請求項3】 mass%で、C:0.0025%以下、Si:4.0%
    以下、Al:2.0%以下、S:0.005%以下、Mn:0.05〜1.5
    %、P:0.2%以下、N:0.005%以下、またはさらにTi:
    0.005%以下、Nb:0.001%以下を含み、残部実質的にFe
    からなり、平均結晶粒径が150μm以上の電動パワーステ
    アリングモータコア用鋼板。
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